Academic literature on the topic 'Ponts à dalles orthotropes'

Les dispositifs de retenue sur les ouvrages d’art fournissent une protection essentielle aux usagers de la route. Ils atténuent les conséquences d’une perte de contrôle d’un véhicule en empêchant sa sortie de la voie carrossable ou son intrusion dans une voie inverse. Actuellement, les standards nord-américains de conception d’ouvrages d’art requièrent que la résistance et le comportement sécuritaire des dispositifs soient prouvés par un essai de collision à grandeur réelle. Un dispositif de retenue préalablement testé et accepté peut être modifié si le responsable peut démontrer sa performance par des analyses et des simulations appropriées. La méthode des éléments finis est un outil efficace pour prédire la réponse d’un dispositif de retenue sous les charges induites par l’impact d’un véhicule. Le présent projet de recherche vise à développer des détails d’assemblages génériques (montés directement sur le tablier et sur un chasse-roue) permettant d’assembler un dispositif de retenue de type poteaux-poutres en acier déjà testé et approuvé aux tabliers orthotropes en acier les plus récemment développés. Ce projet implique des analyses statiques et des simulations dynamiques en utilisant ABAQUS et LS-DYNA, respectivement. La capacité de l’assemblage à transférer la charge d’impact sans compromettre l’intégrité structurale du tablier de pont et du dispositif lui-même est examinée en détail. Des détails d’assemblage ont été développés avec un système de plaques de renfort et un module d’assemblage pour assembler les dispositifs de retenue directement sur le tablier orthotrope et sur un chasse-roue en acier, respectivement. Des similitudes entre les résultats des différentes analyses montrent que les charges statiques spécifiées par la norme CSA S6-06 sont appropriées pour la modification des ancrages de dispositifs de retenue pour les assembler à des tabliers orthotropes en acier. Mots clés : Dispositif de retenue, tablier orthotrope en acier, pont routier, assemblage, analyse par éléments finis.
Traffic barriers in bridge construction are specially designed devices that are carefully selected and connected to the bridge deck to redirect errant vehicles safely into the flow of traffic and prevent them from proceeding down a non-driveable batter. Current North American bridge design standards require that the selected traffic barrier system must be crash-tested at full-scale to ensure a safe design standard. Minimal modifications of already crash-tested and approved traffic barrier system are however allowed if its performance can be demonstrated by an appropriate engineering simulation and analysis. The finite element analysis method is an effective tool to predict the response of traffic barriers under vehicle-induced forces. The present research aims at developing generic connector systems (deck and curb-mounted) that allows the attachment of a standard already-crash-tested post-and-rail barrier to orthotropic steel decks. This research involves both static analysis and dynamic simulation of crash-test using ABAQUS and LS-DYNA. The ability of the attachment system to transfer the impact loads without compromising the structural integrity of the bridge deck or the barrier itself would be examined in detail. Typical assembly were developed with strengthening plates to connect the traffic barriers directly on the orthotropic steel deck and with a module to connect it on a steel curb. Similarities existing between the results of the different analyses show that the static loads specified in Canadian standard CSA S6-06 are appropriate for the modification of the anchorage of traffic barriers to connect them to orthotropic steel decks. Keywords : Traffic barrier, orthotropic steel deck, bridge, connector system, finite element analysis.

Ce manuscrit traite de la résistance en fatigue des dalles en béton armé, fissurées par retrait empêché. La connexion entre la dalle et la charpente métallique est responsable de la formation de contraintes de traction qui dépassent la résistance du béton. L'ouverture de ces fissures est fréquemment de 0,1 à 0,3 mm et parfois de 0,4-0,5 mm. Un programme expérimental a été mis au point afin d'acquérir des données sur l'influence de la présence de fissures traversantes sur le comportement en fatigue de dalles en béton armé. Six dalles ont été lestées pour évaluer la sécurité en fatigue et quantifier la dégradation des mécanismes de reprise de l'effort tranchant au droit des fissures traversantes. Cette étude se place purement sur le plan mécanique. L'endommagement initial a été obtenu grâce à la mise au point d'un essai de traction, qui permet d'assurer le contrôle de l'ouverture des fissures de corps d'épreuve de grandes dimensions. L'influence de la présence des armatures transversales sur la formation des fissures ainsi que la perte de l'effet de tension stiffening ont été mis en évidence lors de ces essais de traction. La flexion transversale s'avère être systématiquement le mode de ruine en fatigue. Des essais statiques ont été conduits sur les dalles 2 et 5 après les changements cycliques et ont permis d'identifier le poinçonnement comme mode de ruine statique. La résistance en fatigue des aciers à haute adhérence apparaît donc comme le paramètre essentiel conditionnant la tenue en fatigue des dalles soumises à la flexion. Les calculs en dalle homogène conduisent à surestimer les variations de contraintes dans les aciers longitudinaux et dans certains cas à sous-estimer celles des aciers transversaux. L'influence de l'ouverture des fissures sur le comportement en fatigue est présentée. L'intérêt de limiter l'ouverture des fissures traversantes pour améliorer la sécurité en fatigue est discutée et mis en évidence.

Les tabliers métalliques à dalle orthotrope sont sensibles au phénomène de fatigue produit par les charges des poids lourds du trafic. Ce comportement n’est pas précisément prédit avec les méthodes de l’Eurocode 3, compte tenu de la complexité des effets locaux et de la connaissance insuffisante du rôle mécanique du revêtement (diffusion des charges et participation à la flexion locale). De plus l’augmentation du trafic des camions et éventuellement celle des charges admissibles par essieu en Europe tend à rendre ce problème bien plus critique. Le renforcement de ces tabliers est donc souhaitable de façon à prolonger la durée de vie des ponts existants, et aussi augmenter la durabilité des nouveaux ponts. Le béton fibré à ultra haute performance (BFUP) a été envisagé comme nouvelle solution de revêtement, étant donné ses très performantes propriétés mécaniques et de durabilité. L’objectif de cette étude, réalisé dans le cadre du projet ANR Orthoplus, est de quantifier expérimentalement l’apport des revêtements couramment utilisés dans les structures à dalle orthotrope (ultra-mince et béton bitumineux) et valider la solution innovante en BFUP. Les essais statiques et dynamiques sur les corps d’épreuve à l’échelle 1 (2,40x4,00) m2 ont été réalisés sur la plate-forme d’essai des structures de l’IFSTTAR. Quatre corps d’épreuve ont été testés : tôle de platelage de 14 mm non revêtue et revêtue de 80 mm de béton bitumineux, tôle de 10 mm revêtue de 35 mm de BFUP et tôle de 12 mm revêtue de 35 mm de BFUP. L’influence des différents types de chargement positionnés au centre des corps d’épreuve a été analysée : plaques métalliques type Eurocode 1 et vraies roues de camion. L’étude est portée sur le détail de fatigue: liaison auget-tôle de platelage entre pièces de pont. La contrainte géométriques de fatigue est évaluée expérimentalement en utilisant deux schémas d’extrapolation linéaire des mesures de déformation réalisées à proximité du cordon de soudure du détail étudié : le schéma du rapport CECA et celui proposé par l’Institut International de Soudure. L’extrapolation est faite à partir des mesures réalisées au-dessous de la tôle de platelage (σT) et sur l’âme de l’auget (σA). Les résultats expérimentaux ont été confrontés aux modèles aux éléments finis à différents niveaux : du modèle le plus simple possible au plus complexe. A partir des contraintes de fatigue obtenues expérimentalement, nous avons calculé la durée de vie des dalles orthotropes testés à l’aide de la règle du cumul linéaire de l’endommagement (Règle de Miner). Enfin nous avons mené une étude par analyse de cycle de vie d’un pont à dalle orthotrope pour vérifier la pertinence environnementale des solutions de revêtement.

Les tabliers métalliques à dalle orthotrope sont sensibles au phénomène de fatigue produit par les charges des poids lourds du trafic. Ce comportement n'est pas précisément prédit avec les méthodes de l'Eurocode 3, compte tenu de la complexité des effets locaux et de la connaissance insuffisante du rôle mécanique du revêtement (diffusion des charges et participation à la flexion locale). De plus l'augmentation du trafic des camions et éventuellement celle des charges admissibles par essieu en Europe tend à rendre ce problème bien plus critique. Le renforcement de ces tabliers est donc souhaitable de façon à prolonger la durée de vie des ponts existants, et aussi augmenter la durabilité des nouveaux ponts. Le béton fibré à ultra hautes performances (BFUP) a été envisagé comme nouvelle solution de revêtement, étant donné ses propriétés mécaniques, ses possibilités de mise en œuvre et sa durabilité. L'objectif de cette thèse, réalisée dans le cadre du projet ANR Orthoplus, est de quantifier expérimentalement l'apport des revêtements couramment utilisés dans les structures à dalle orthotrope et de valider la solution innovante en BFUP. Des essais statiques et dynamiques sur corps d'épreuve à grande échelle (2,40x4,00) m2 ont été réalisés sur la plate-forme d'essai des structures de l'IFSTTAR. Quatre corps d'épreuve ont été testés : tôle de platelage de 14 mm non revêtue et revêtue de 80 mm de béton bitumineux, tôle de 10 mm revêtue de 35 mm de BFUP et tôle de 12 mm revêtue de 35 mm de BFUP. L'influence des différents types de chargement positionnés au centre des corps d'épreuve a été analysée : plaques métalliques type Eurocode 1 et vraies roues de camion. L'étude a porté sur le détail de fatigue: liaison auget-tôle de platelage entre pièces de pont. La contrainte géométrique de fatigue (extrapolation au point chaud) a été évaluée expérimentalement en utilisant deux schémas d'extrapolation linéaire des déformations à proximité du cordon de soudure du détail étudié, le schéma du rapport CECA et celui proposé par l'Institut International de Soudure, à partir des mesures réalisées au-dessous de la tôle de platelage (σT) et sur l'âme de l'auget (σA).La cohérence entre estimation quasi-statique des déformations et comportement sous cycles de fatigue a été vérifiée, ainsi que la rigidification importante apportée par le BFUP, bien que ce dernier ne participe pas avec une connexion totale. Les résultats expérimentaux ont été confrontés à des modèles de différents niveaux de complexité qu'il reste nécessaire de calibrer empiriquement pour prévoir les contraintes géométriques. A partir des contraintes de fatigue obtenues expérimentalement, nous avons calculé la durée de vie des dalles orthotropes testés à l'aide de la règle du cumul linéaire de l'endommagement. Enfin nous avons mené une étude par analyse de cycle de vie d'un pont à dalle orthotrope pour vérifier la pertinence environnementale des différentes solutions de revêtement. Les nombreuses données expérimentales acquises dans ce travail sont de nature à permettre une amélioration significative du dimensionnement rationnel des tabliers à dalle orthotrope et de leur revêtement pour une meilleure prise en compte de leur gestion durable

Suite à la destruction du Concorde Viaduc à Montréal en 2006, le Ministère des Transports du Québec (MTQ) a exigé une armature de cisaillement supplémentaire même s'il n'est pas nécessaire dans les calculs. L'objectif principal de ce projet de recherche est de développer une dalle structurale précontrainte sans armature passive et d'étudier la possibilité de remplacer l'armature transversale minimale de cisaillement exigée par le Ministère des Transports du Québec (MTQ) par des fibres métalliques pour une meilleure ductilité tout en gardant le même niveau de fiabilité structurale Le projet de recherche consiste à étudier le comportement en cisaillement de dalles en BFM. Il vise à examiner l'influence du renforcement par fibres métalliques sur la capacité et la ductilité de dalles en béton armé ou précontraint. L'étude expérimentale de ce projet de recherche se divise en trois parties : i) des essais de caractérisation "des matériaux, ii) des essais sur la zone d'ancrage, iii) des essais de cisaillement sur dalles structurales qui visent à étudier le comportement à l'effort tranchant des dalles en béton précontraint renforcé de fibres métalliques.

L’aluminium est le matériau tout désigné pour les donneurs d’ouvrage étant à la recherche de matériaux plus durables pour les ponts routiers. Alliant un excellent ratio résistance/poids à une excellente résistance naturelle à la corrosion, son utilisation sous la forme d’un platelage extrudé connecté à des poutres d’acier assure une structure plus légère et requérant beaucoup moins d’entretien que les structures traditionnelles. Toutefois, la légèreté de l’aluminium, qui est un avantage important lors de la conception de la structure sous-jacente ainsi que lors de la construction, peut se révéler être un défi important d’un point de vue dynamique, en raison des fréquences de vibration qu’elle produit. Considérant que le code canadien sur le calcul des ponts routiers prescrit l’utilisation d’un coefficient de majoration dynamique (CMD) pour prendre en compte les effets dynamiques lors de la conception, et que la valeur de ce coefficient est basée sur le comportement dynamique des ponts traditionnels, des interrogations sont soulevées quant à l’applicabilité de ce coefficient pour des ponts à platelage d’aluminium, ayant un comportement dynamique différent. Afin de répondre à ces questions, des modèles dynamiques simplifiés permettant de représenter deux camions canadiens actuels, le CL-625 et le train double B, ont été développés et implémentés dans Abaqus. Par la suite, ces modèles furent utilisés afin de réaliser plusieurs séries d’analyses dynamiques, cherchant à évaluer l’impact sur la réponse du pont de divers paramètres et comparer les résultats obtenus aux valeurs prescrites. Les résultats obtenus dans cette étude, qui se veut le point de départ de l’analyse du comportement dynamique des ponts à platelage d’aluminium, semblent indiquer qu’en dépit d’un comportement dynamique différent, les valeurs de CMD prescrites par le code canadien sont sécuritaires pour des ponts à platelage d’aluminium. Toutefois, de nombreuses autres études seront nécessaires avant d’émettre des recommandations finales.
L’aluminium est le matériau tout désigné pour les donneurs d’ouvrage étant à la recherche de matériaux plus durables pour les ponts routiers. Alliant un excellent ratio résistance/poids à une excellente résistance naturelle à la corrosion, son utilisation sous la forme d’un platelage extrudé connecté à des poutres d’acier assure une structure plus légère et requérant beaucoup moins d’entretien que les structures traditionnelles. Toutefois, la légèreté de l’aluminium, qui est un avantage important lors de la conception de la structure sous-jacente ainsi que lors de la construction, peut se révéler être un défi important d’un point de vue dynamique, en raison des fréquences de vibration qu’elle produit. Considérant que le code canadien sur le calcul des ponts routiers prescrit l’utilisation d’un coefficient de majoration dynamique (CMD) pour prendre en compte les effets dynamiques lors de la conception, et que la valeur de ce coefficient est basée sur le comportement dynamique des ponts traditionnels, des interrogations sont soulevées quant à l’applicabilité de ce coefficient pour des ponts à platelage d’aluminium, ayant un comportement dynamique différent. Afin de répondre à ces questions, des modèles dynamiques simplifiés permettant de représenter deux camions canadiens actuels, le CL-625 et le train double B, ont été développés et implémentés dans Abaqus. Par la suite, ces modèles furent utilisés afin de réaliser plusieurs séries d’analyses dynamiques, cherchant à évaluer l’impact sur la réponse du pont de divers paramètres et comparer les résultats obtenus aux valeurs prescrites. Les résultats obtenus dans cette étude, qui se veut le point de départ de l’analyse du comportement dynamique des ponts à platelage d’aluminium, semblent indiquer qu’en dépit d’un comportement dynamique différent, les valeurs de CMD prescrites par le code canadien sont sécuritaires pour des ponts à platelage d’aluminium. Toutefois, de nombreuses autres études seront nécessaires avant d’émettre des recommandations finales.
Aluminium is a material of choice for any highway bridge owners looking for more durable materials. Combining an excellent strength to weight ratio with an excellent corrosion resistance, an extruded aluminium deck connected to steel girders provides a lighter structure and requires less maintenance than the usual materials, such as steel or concrete. However, the aluminium’s lightweight, which is a huge advantage for the foundations design as well as for the construction, can become a concern when the bridge’s dynamic behavior is considered, due to its higher vibration frequencies. Considering that the Canadian Highway Bridge Design Code prescribes the use of a dynamic load allowance (DLA) factor to account for the dynamic effects of the traffic loads on the bridge, and that the values prescribed are based on the dynamic behavior of traditional bridges, some doubts arose about the applicability of this coefficient to aluminium deck bridges, which are expected to have a different dynamic behavior. To validate these speculations, simplified dynamic models were developed to replicate the dynamic behavior of two Canadian trucks, the CL-625 and the train double B. These models were then implemented in Abaqus and used in a series of dynamic analysis investigating the effect on the bridge response of different parameters, both from the truck and the bridge. Results have shown that, despite having a different dynamic behavior, the dynamic amplifications observed on aluminium deck bridges were always lower than the DLA values prescribed by the Canadian code, indicating that, for the situations studied, those values are safe to use. However, further studies will be required before any final conclusions can be made about the applicability of the DLA values in their current state.
Aluminium is a material of choice for any highway bridge owners looking for more durable materials. Combining an excellent strength to weight ratio with an excellent corrosion resistance, an extruded aluminium deck connected to steel girders provides a lighter structure and requires less maintenance than the usual materials, such as steel or concrete. However, the aluminium’s lightweight, which is a huge advantage for the foundations design as well as for the construction, can become a concern when the bridge’s dynamic behavior is considered, due to its higher vibration frequencies. Considering that the Canadian Highway Bridge Design Code prescribes the use of a dynamic load allowance (DLA) factor to account for the dynamic effects of the traffic loads on the bridge, and that the values prescribed are based on the dynamic behavior of traditional bridges, some doubts arose about the applicability of this coefficient to aluminium deck bridges, which are expected to have a different dynamic behavior. To validate these speculations, simplified dynamic models were developed to replicate the dynamic behavior of two Canadian trucks, the CL-625 and the train double B. These models were then implemented in Abaqus and used in a series of dynamic analysis investigating the effect on the bridge response of different parameters, both from the truck and the bridge. Results have shown that, despite having a different dynamic behavior, the dynamic amplifications observed on aluminium deck bridges were always lower than the DLA values prescribed by the Canadian code, indicating that, for the situations studied, those values are safe to use. However, further studies will be required before any final conclusions can be made about the applicability of the DLA values in their current state.

L’utilisation de platelages en aluminium dans les ponts est récente et peu répandue comparativement aux matériaux plus traditionnels tels que l’acier et le béton. Malgré l’introduction récente du chapitre 17 dans la norme canadienne des ponts routiers (CAN/CSA-S6) sur l’utilisation de l’aluminium structural dans les ponts, les connaissances concernant le comportement structural du platelage en aluminium restent limitées. Ainsi, les spécifications du code pour la conception ne fournissent pas des méthodologies suffisantes pour les vérifications de la résistance et de l’état limite d’utilisation. Par exemple, le calcul des fractions de charge de camion à l’aide de la méthode simplifiée pour la distribution transversale dans les platelages en aluminium est basé sur des valeurs spécifiées pour les platelages en madrier de bois, ce qui semble restrictif. Un autre exemple concret est lié au calcul du moment plastique qui permet d’établir la résistance du pont en flexion. La méthode simplifiée de calcul de la largeur effective dans le cas où il y aurait action composite n’est pas adaptée pour un platelage ayant une section alvéolée comme c’est le cas du platelage en aluminium. Une analyse utilisant les méthodes d'éléments finis est nécessaire pour établir ces paramètres de conception. Dans ce mémoire, une étude de la répartition transversale des charges de trafic pour des dispositions d’extrusions longitudinales et transversales par rapport aux poutres en acier est effectuée à l’aide de la méthode des éléments finis. Plusieurs modèles de ponts sont réalisés afin d’étudier l’influence de la portée et de l’espacement des poutres sur les fractions de charge de camion ainsi que sur l’aire effective du platelage dans le cas d’action composite parfaite. Une comparaison avec les valeurs préconisées par la norme CAN/CSA-S6-14 ainsi qu’une comparaison entre les deux types de dispositions sont également effectuées. Il a été déterminé que la norme surestime grandement les valeurs des fractions de charge de camion, allant jusqu’à une surestimation de 25% à 40%. De plus, il s’est avéré que les fractions de charge de camion calculées pour les modèles ayant les extrusions transversales aux poutres étaient toujours inférieures à celles calculées pour les modèles ayant les extrusions installées longitudinalement aux poutres. Pour ce qui est des résultats concernant l’aire effective, les valeurs obtenues avec les extrusions parallèles aux poutres étaient plus basses que celles obtenues avec les extrusions transversales. Enfin, lors de la comparaison avec les valeurs de la norme pour un platelage en béton, les aires effectives trouvées à l’aide des modèles étaient toujours inférieures à celles de la norme.
The use of aluminium decks in bridges has received attention in recent years, as the bridge engineering community discovers the advantages of this material compared with the traditional construction materials such as steel and concrete. Despite the recent introduction of Chapter 17 in the Canadian Highway Bridge Design Code, CAN/CSA S6, which permits engineers to use aluminium for bridge construction, the structural design application still remains a daunting task. Essentially, the code’s specifications for design do not provide concise and detailed methodologies for strength and serviceability verifications. As an example, for the simplified traffic load analysis, it appears that the factors for transverse distribution of traffic loads specified for aluminium bridge decks are based on values specified for wood plank decks, which appears insufficient. Another practical example relates to the determination of the plastic moment required to establish the bending moment capacity for the bridge section. Considering that a bridge deck solution in aluminium consists of a multi-cellular section made from extrusions, the application of the simplified method in determining the effective width of the deck section becomes a non-trivial task. A refined analysis using finite element methods is required to establish these design parameters for an optimized bridge solution in aluminium. In the present study, a finite element analysis is carried out to investigate the transverse distribution of traffic load on aluminium decks made from longitudinal and transverse extrusions, supported by steel girders. A number of bridge models are developed to study the influence of girder spacing and bridge span on the truck load fraction for aluminium decks and for establishing the effective area for the composite aluminium deck with steel girder system. It was determined that the code largely overestimates the values of truck load fractions, up to 25% to 40%. In addition, it was found that the truck load fractions calculated for models with transverse extrusion arrangements were always lower than those calculated for models with longitudinal extrusion. The transverse arrangement is therefore more effective in transferring truck loads to supporting girders. With respect to the effective area, the study showed that these values were lower for longitudinal extrusions than transverse extrusions. Finally, when compared with the values obtained using the simplified method by the code for a concrete deck, the effective areas determined were lower than those obtained from the code.